GPS是怎么实现全球定位导航的看完原理秒懂了

手机的GPS是怎么实现定位导航的？其实很简单，假如你现在站在地球的这个位置，有两颗卫星正在与你通信，假设两颗卫星到你的距离分别为R1和R22，我们以R1为半径画圆，然后再以到2为半径画圆，这时就能得到两个相交点D1和D2。但是怎么确定你到底是在第一还是第二呢？很简单，你站在地球上，地球的曲线必然会跟第一产生一个焦点，如此一来，你在地球的位置就被测量出来了。真的这么简单吗？其实不然，这只是二维平面的定位方式，如果是三维空间呢？还是一样。这次我们不散画圆，我们分别R1和二维半径化球体，这两个球体必然会产生一个交集，就是这个红色的部分，也就是说，你可能位于红圈内的任何位置，怎么定位到你呢？这就需要再加一颗卫星。我们以R3为半径，再画一个球体，这样就会产生两个焦点，剩下的救活二维平面定位一样了，你站在地球上，位置必然在下面。这个焦点，这个焦点就是你的三维空间的坐标，到这里你是不是觉得就完美了？其实远远比这更复杂。上面的定位方式有个很重要的参数，就是半径，也就是卫星到你的距离。这个距离怎么测算的？我们知道卫星是以电磁信号的方式向手机发送的，这个信号以大约每秒30万公里的光速传播，通过接收信号的时间T2减去卫星发送时间T1的差值，就得到信号传播时间，然后用这个时间乘以光速就能得到距离。有个问题，卫星上安装有原子钟，它的时钟极其精准，但是手机的时钟并不是原子钟，这就导致T2的误差很大。最起码有三个因素影响到T2的准确性。第一就是测量仪的精确性。由于信号以光速传播，我们必须使用具有足够精准的时钟来准确计算距离。举个具体的例子，由于信号以每秒30万公里的速度传播，测量结果有1微秒的差异，距离就会误差300米，这个误差是不可接受的。第二个就是时钟同步问题。根据爱因斯坦的相对论可以知道，由于时间膨胀会导致时钟的不同步，简而言之就是速度越快，时间越慢。假设我们有两个原子中，一个安装在地面的接收器上，另一个在卫星内部。由于它们相互之间的高速运动以及地球质量对时空的扰动，这就会导致两个时钟开始是完全同步，仅仅一天之后，它们之间的值就会有38.4微秒的差异，这就意味着定位的误差达到几公里。最后的一个影响因素就是大气层，更确切的说是信号穿过大气层时会发生折射，因此信号在其轨迹上有轻微的偏差，传播速度也会降低。怎么消除上面三个因素的影响的？这就要用到第4颗卫星，这颗卫星就是专门用于解决误差的，它内部植入芯片，能全天候监测误差，并及时校准时间信号的传播。时间计算准确后，根据空间几何的三角函数，就很容易计算出我们在地球的坐标了，GPS.少需要24颗卫星分布在6个轨道面上运行，可以确保每个接收就在任何时候，任何地方都至少有4颗卫星，可见全球覆盖率能达到98%。

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